共掺杂有一价离子的石榴石闪烁体制造技术

描述了共掺杂的稀土石榴石型氧化物闪烁体。更具体地，闪烁体包括掺杂有激活剂如镨并且共掺杂有一价阳离子如锂的镥钇铝石榴石(LuYAG)型材料。还描述了包含闪烁体的辐射检测器、使用闪烁体检测较高能量辐射的方法以及制备闪烁体和改变闪烁体性质的方法。

Garnet scintillator Co doped with monovalent ions

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】共掺杂有一价离子的石榴石闪烁体相关申请目前公开的主题要求2018年2月7日提交的美国临时专利申请序列号62/627,399和2018年5月17日提交的美国临时专利申请序列号62/672,890的优先权和权益；每个专利申请的公开内容以其整体通过引证并入本文。
目前公开的主题涉及共掺杂有(codopedwith，共掺杂)一价阳离子的石榴石型氧化物闪烁体、它们的光学(例如，闪烁和磷光)性质以及它们作为闪烁材料在辐射检测器和/或在检测例如X射线、γ射线和/或中子的方法中的用途。具体地，目前公开的主题涉及石榴石型氧化物材料如镥钇铝石榴石(LuYAG)型材料及其它稀土铝石榴石材料，其掺杂有掺杂剂离子如Pr3+或另一种激活剂并且共掺杂有至少一种类型的一价碱金属阳离子如Li+。缩写％＝百分比℃＝摄氏度μCi＝微居里μs＝微秒τd＝衰减时间Al＝铝at＝原子的a.u.＝任意单位CCD＝电荷耦合器件Ce＝铈Cs＝铯CT＝计算机断层成像ER＝能量分辨率Eu＝铕g＝克Gd＝钆K＝钾keV＝千电子伏La＝镧Li＝锂LO＝光能输出(lightoutput)Lu＝镥LuAG＝镥铝石榴石LuYAG＝镥钇铝石榴石LY＝光输出MeV＝兆电子伏mm＝毫米mol＝摩尔MPa＝兆帕Na＝钠nm＝纳米ns＝纳秒ph＝光子PL＝光致发光ppm＝百万分之PMT＝光电倍增管Pr＝镨Rb＝铷RL＝辐射发光RT＝室温Sc＝钪SPECT＝单光子发射计算机断层成像Tb＝铽TL＝热致发光wt＝重量Y＝钇
技术介绍
在用于辐射检测的工业应用，如医学成像和国家安全中，所期望的闪烁体特征包括高光输出、优良的能量分辨率和快速的闪烁衰减时间。最近，随着铈掺杂的石榴石闪烁体，如镥铝石榴石(LuAG)和钆镓铝石榴石(GGAG)闪烁体的发展，研究人员已报道了高达46,000光子/兆电子伏(ph/MeV)的光输出和达到快至30纳秒(ns)的衰减时间。然而，由于固有缺陷，如由LuAl反位缺陷和氧空位所形成的载流子陷阱，LuAG闪烁体在其闪烁时通常趋向于不能实现其全部潜力。因此，仍需要另外的石榴石型闪烁体材料，如具有更高的光输出、改善的能量分辨率和/或更快速的闪烁衰减时间的那些材料。还仍需要改变石榴石型闪烁体材料的性质的另外的方法。
技术实现思路
在一些实施方式中，目前公开的主题提供了闪烁体材料。在一些实施方式中，闪烁体材料包含式(I)的组成：[(RE1-xRE’x)1-y-zAyBz]3Al5O12(I)，其中：0≤x≤1.0；0<y≤0.05；0<z≤0.1；RE是第一稀土元素；RE’是第二稀土元素或第二稀土元素和至少一种或多种另外的稀土元素的组合，前提条件是RE’不包含第一稀土元素RE；A是掺杂剂离子，其选自包括Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb、以及其任意组合的组，前提条件是A不包含与RE或RE’相同的元素的离子；并且B是至少一种类型的一价阳离子，任选地，选自包括Li、Na、K、Rb、Cs和Fr的组的元素的阳离子。在一些实施方式中，RE是Lu。在一些实施方式中，RE’是Y。在一些实施方式中，0.1≤x≤0.5，任选地，其中x是0.25。在一些实施方式中，A是Pr3+。在一些实施方式中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中y是0.004或0.012。在一些实施方式中，B是Li+。在一些实施方式中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中z是0.002、0.008或0.02。在一些实施方式中，提供了包含式(II)的组成的闪烁体材料：[(Lu1-xRE’x)1-y-zAyBz]3Al5O12(II)，其中：0.05≤x≤1.0；0<y≤0.05；0<z≤0.1；RE’选自包括Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Nd、Pr、Pm、Sm、Sc、Tb、Tm、Yb、Y及其任意组合的组；A是掺杂剂离子，任选地，选自包括Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb及其任意组合的组的元素的离子，前提条件是A不包含与RE’相同的元素的离子；并且B是至少一种类型的一价阳离子，任选地，选自由Li、Na、K、Rb、Cs和Fr组成的组的元素的阳离子。在一些实施方式中，RE’是Y。在一些实施方式中，0.1≤x≤0.5，任选地，其中x是0.25。在一些实施方式中，A是Pr3+。在一些实施方式中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中y是0.004或0.012。在一些实施方式中，B是Li+。在一些实施方式中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中z是0.002、0.008或0.02。在一些实施方式中，提供了包含式(III)的组成的闪烁体材料：[(Lu1-xYx)1-y-zAyBz]3Al5O12(III)，其中：0.05≤x≤0.5；0<y≤0.05；0<z≤0.1；A是掺杂剂离子，任选地，选自包括Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb及其任意组合的组的元素的离子；并且B是至少一种类型的一价阳离子，任选地，选自包括Li、Na、K、Rb、Cs和Fr的组的元素的阳离子。在一些实施方式中，x是0.25。在一些实施方式中，A是Pr3+。在一些实施方式中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中y是0.004或0.012。在一些实施方式中，B是Li+。在一些实施方式中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中z是0.002、0.008或0.02。在一些实施方式中，闪烁体材料包含选自包括以下的组的材料：共掺杂有0.2％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4％Pr3+、共掺杂有0.8％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4％Pr3+、共掺杂有2.0％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4％Pr3+；共掺杂有0.308at％Na+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:1.2％Pr3+、共掺杂有0.6at％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:1.2％Pr3+、共掺杂有0.6at％K+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:1.2％Pr3+、共掺杂有2.4at％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:1.2％Pr3+和共掺杂有6at％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:1.2％Pr3+，任选地，其中材料选自包括以下的组：共掺杂有0.2％Li+的(Lu0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种闪烁体材料，包括式(I)的组成：/n[(RE

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180207 US 62/627,399;20180517 US 62/672,8901.一种闪烁体材料，包括式(I)的组成：
[(RE1-xRE’x)1-y-zAyBz]3Al5O12(I)，
其中：
0≤x≤1.0；
0<y≤0.05；
0<z≤0.1；
RE是第一稀土元素；
RE’是第二稀土元素或第二稀土元素和至少一种或多种另外的稀土元素的组合，前提条件是RE’不包括第一稀土元素RE；
A是掺杂剂离子，所述掺杂剂离子选自由Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb、以及它们的任意组合组成的组，前提条件是A不包括与RE或RE’相同的元素的离子；并且
B是至少一种类型的一价阳离子，任选地是选自由Li、Na、K、Rb、Cs和Fr组成的组的元素的阳离子。


2.根据权利要求1所述的闪烁体材料，其中，RE是Lu。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的闪烁体材料，其中，RE’是Y。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.1≤x≤0.5，任选地，其中，x是0.25。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的闪烁体材料，其中，A是Pr3+。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中，y是0.004或0.012。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的闪烁体材料，其中，B是Li+。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中，0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中，z是0.002、0.008或0.02。


9.一种闪烁体材料，包括式(II)的组成：
[(Lu1-xRE’x)1-y-zAyBz]3Al5O12(II)，
其中：
0.05≤x≤1.0；
0<y≤0.05；
0<z≤0.1；
RE’选自由Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Nd、Pr、Pm、Sm、Sc、Tb、Tm、Yb、Y以及它们的任意组合组成的组；
A是掺杂剂离子，任选地是选自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb以及它们的任意组合组成的组的元素的离子，前提条件是A不包括与RE’相同的元素的离子；并且
B是至少一种类型的一价阳离子，任选地是选自由Li、Na、K、Rb、Cs和Fr组成的组的元素的阳离子。


10.根据权利要求9所述的闪烁体材料，其中，RE’是Y。


11.根据权利要求9或权利要求10所述的闪烁体材料，其中，0.1≤x≤0.5，任选地，其中，x是0.25。


12.根据权利要求9-11中任一项所述的闪烁体材料，其中，A是Pr3+。


13.根据权利要求9-12中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中，y是0.004或0.012。


14.根据权利要求9-13中任一项所述的闪烁体材料，其中，B是Li+。


15.根据权利要求9-14中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中，0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中，z是0.002、0.008或0.02。


16.一种闪烁体材料，包括式(III)的组成：
[(Lu1-xYx)1-y-zAyBz]3Al5O12(III)，
其中：
0.05≤x≤0.5；
0<y≤0.05；
0<z≤0.1；
A是掺杂剂离子，任选地是选自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Bi、Sb以及它们的任意组合组成的组的元素的离子；并且
B是至少一种类型的一价阳离子，任选地是选自由Li、Na、K、Rb、Cs和Fr组成的组的元素的阳离子。


17.根据权利要求16所述的闪烁体材料，其中，x是0.25。


18.根据权利要求16或权利要求17所述的闪烁体材料，其中，A是Pr3+。


19.根据权利要求16-18中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0001≤y≤0.015，任选地，其中，y是0.004或0.012。


20.根据权利要求16-19中任一项所述的闪烁体材料，其中，B是Li+。


21.根据权利要求16-20中任一项所述的闪烁体材料，其中，0.0002≤z≤0.1，任选地，其中，0.001≤z≤0.1，进一步任选地，其中，z是0.002、0.008或0.02。


22.根据权利要求1-21中任一项所述的闪烁体材料，其中，所述闪烁体材料包括选自由以下组成的组的材料：共掺杂有0.2％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4％Pr3+、共掺杂有0.8％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4％Pr3+、共掺杂有2.0％Li+的(Lu0.75,Y0.25)3Al5O12:0.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡姆拉·贾内尔·福斯特，吴云涛，梅里·A·科斯钱，查尔斯·L·梅尔赫尔，
申请(专利权)人：田纳西大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US